组态王与matlab基于dde的通信,基于dde机理的组态王与matlab通信技术及应用

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组态王与matlab基于dde的通信,基于dde机理的组态王与matlab通信技术及应用

基于dde机理的组态王与matlab通信技术及应用

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山 西 电 子 技 术2010年 第 4期 软 件 技 术 收 稿 日 期 : 2010 - 06 - 01作 者 简 介 :樊 剑 峰 (19762 ) ,男 ,河 南 安 阳 人 ,工 程 师 ,本 科 ,主 要 从 事 冶 金 及 相 关 行 业 的 控 制 系 统 研 究 和 应 用 工 作 。文 章 编 号 : 167424578 (2010) 0420052202基 于 DDE机 理 的 组 态 王 与 MATLAB通 信 技 术 及 应 用樊 剑 峰 , 王 新 彦(安 阳 钢 铁 集 团 有 限 责 任 公 司 ,河 南 安 阳 455004)摘 要 :为 了 充 分 发 挥 组 态 王 6. 0的 可 视 化 界 面 功 能 与 MATLAB强 大 的 数 值 分 析 和 图 形 绘 制 功 能 的 各 自 优势 ,利 用 DDE技 术 ,实 现 了 组 态 王 6. 0与 MATLAB的 通 信 ,开 发 了 一 种 过 程 控 制 实 验 装 置 的 实 时 监 控 系 统 。 该 监控 系 统 具 有 实 时 监 测 、 控 制 系 统 分 析 、 控 制 系 统 设 计 等 功 能 。 应 用 表 明 :该 实 时 监 控 系 统 运 行 可 靠 ,操 作 方 便 ,而 且使 得 实 时 监 控 功 能 更 加 强 大 、 灵 活 。关 键 词 :组 态 王 6. 0; MATLAB; 实 时 监 控 ; DDE技 术中 图 分 类 号 : TP222 文 献 标 识 码 : A0 引 言近 年 来 ,随 着 计 算 机 技 术 及 应 用 的 飞 速 发 展 , PC机 作 为上 位 机 在 工 业 控 制 领 域 占 据 了 主 导 地 位 ,W indows系 统 下 的组 态 软 件 ,如 组 态 王 ( KINGV IEW ) ,应 用 也 越 来 越 广 泛 。 组态 软 件 提 供 了 强 大 的 人 机 界 面 和 通 讯 功 能 ,而 且 开 发 周 期短 ,但 其 计 算 能 力 不 强 ,难 以 实 现 复 杂 的 控 制 算 法 。 MAT2LAB (Matrix Laboratory)应 用 软 件 拥 有 丰 富 的 多 学 科 工 具 箱 、强 大 的 工 程 计 算 和 图 像 图 形 处 理 功 能 [ 1 ]。 因 此 ,在 监 控 系 统软 件 的 开 发 中 应 协 同 应 用 组 态 软 件 和 MATLAB。 以 组 态 软件 作 为 系 统 主 控 ,进 行 动 态 工 艺 图 显 示 、 PLC参 数 设 置 、 实 时数 据 采 集 等 操 作 ;以 MATLAB作 为 后 台 应 用 程 序 实 现 控 制系 统 分 析 、 控 制 系 统 设 计 、 曲 线 绘 制 等 功 能 [ 2 ]。 这 样 ,有 利 于发 挥 组 态 软 件 和 MATLAB的 各 自 优 势 ,使 得 编 程 更 加 高 效灵 活 ,功 能 更 加 强 大 。1 过 程 控 制 实 验 装 置 的 实 时 监 控 系 统过 程 控 制 实 验 装 置 由 上 位 机 、 PLC、 电 动 调 节 阀 、 交 流 变频 器 、 交 流 电 机 、 三 相 水 泵 、 液 位 传 感 器 、 流 量 变 送 器 、 温 度 变送 器 、 压 力 变 送 器 、 加 热 器 、 双 容 贮 水 罐 及 若 干 数 字 显 示 仪 表组 成 。 其 实 时 监 控 系 统 是 基 于 组 态 王 6. 0和 MATLAB开 发的 ,结 构 见 图 1。图 1 基 于 DDE机 理 的 通 信 结 构上 位 机 利 用 组 态 王 6. 0与 PLC的 串 口 通 讯 ,实 现 对 下 位机 PLC的 实 时 数 据 采 集 和 监 控 器 参 数 设 置 。 MATLAB通 过与 组 态 王 6. 0的 通 信 ,实 现 了 对 过 程 控 制 装 置 的 控 制 系 统 分析 、 控 制 系 统 设 计 功 能 。 因 此 ,该 实 时 监 控 系 统 有 以 下 几 方面 功 能 :工 艺 流 程 的 动 态 显 示 ; PLC的 参 数 设 置 和 显 示 ;实 时数 据 的 采 集 和 存 储 ,以 及 实 时 曲 线 的 显 示 ;历 史 数 据 的 显 示查 询 ,以 及 历 史 曲 线 的 显 示 ;报 警 事 件 的 产 生 、 处 理 、 保 存 及查 询 ;控 制 系 统 的 分 析 ;控 制 系 统 的 设 计 。2 组 态 王 6. 0与 MATLAB的 通 讯组 态 王 6. 0与 MATLAB均 支 持 动 态 数 据 交 换 (DDE)技术 ,使 得 二 者 能 够 通 过 数 据 交 换 实 现 互 相 通 讯 。 在 通 讯 过 程中 ,发 起 方 的 应 用 程 序 称 为 客 户 端 ( client) ,响 应 方 的 程 序 称为 服 务 器 ( server) ,Matlab和 组 态 王 6. 0都 是 既 作 客 户 端 又作 服 务 器 程 序 。 当 客 户 端 应 用 程 序 发 起 DDE时 ,他 必 须 确认 三 个 DDE参 数 [ 3 ]。 这 三 个 参 数 由 服 务 器 提 供 ,分 别 是 服务 器 应 用 程 序 的 名 称 ( Server)、 交 换 的 主 题 ( Top ics)和 DDE过 程 中 传 递 的 数 据 ( Item s) ,例 如 组 态 王 6. 0的 这 三 个 参 数分 别 为 : view、 tabname和 链 接 设 备 寄 存 器 。 当 服 务 器 端 应 用程 序 接 受 到 一 个 主 题 的 交 换 请 求 时 ,它 将 回 应 请 求 并 建 立 一个 DDE。当 Matlab作 为 客 户 端 应 用 程 序 时 ,为 完 成 与 组 态 王 6. 0的 通 信 ,Matlab提 供 了 以 下 函 数 [ 4 ] :初 始 化 函 数 channel = ddeinit ( service, top ic) ,连 接 建 立函 数rc = ddeinit ( channel, item, callbak, upm tx, format, time2out) ,数 据 请 求 函 数data = ddereq ( channel, item, format, timeout) ,数 据 发 送 函数rc = ddepoke ( channel, item, data, format, timeout) ,链 接 释放 函 数rc = ddeunadv ( channel, item, format, timeout) ,通 信 终 止函 数 rc = ddeterm ( channel)。3 工 程 简 化 实 例 及 过 程 参 数 辨 识3. 1 过 程 描 述控 制 对 象 由 两 个 串 联 的 液 体 储 罐 组 成 (见 图 2) ,图 中LT、 LC分 别 表 示 液 位 变 送 器 和 液 位 控 制 器 , Q1、 Q0、 R分 别表 示 输 入 流 量 、 输 出 流 量 和 液 位 二 的 设 定 值 。 在 该 控 制 系 统中 ,液 位 二 的 信 号 由 LT传 送 给 LC,LC根 据 液 位 信 号 和 设 定值 的 偏 差 操 纵 电 机 ,从 而 通 过 调 整 电 机 转 速 来 调 节 Q1 ,最 终实 现 对 液 位 二 的 控 制 。该 过 程 为 自 衡 非 震 荡 ,具 有 相 互 影 响 的 双 容 过 程 ,其 数学 模 型 可 以 用 如 下 传 递 函 数 描 述 :G ( s) = KpTp s + 1e-τ .其 中 : Kp、 Tp、 τ 分 别 指 过 程 的 增 益 、 时 间 常 数 和 时 间 滞 后 。图 2 双 容 液 位 系 统 单 回 路 控 制 结 构 简 图3. 2 过 程 参 数 的 估 计 及 程 序 实 现过 程 参 数 可 使 用 Matlab中 的 Isqcurvefithan函 数 进 行 估计 。 根 据 阶 跃 信 号 作 用 下 过 程 的 输 出 曲 线 的 形 状 ,先 确 定 过程 的 模 型 属 于 哪 一 种 类 型 的 过 程 结 构 ,然 后 采 用 非 线 性 最 小二 乘 法 进 行 曲 线 的 拟 合 ,从 而 确 定 过 程 的 参 数 Kp、 Tp 和 τ 。而 组 态 王 6. 0只 是 用 来 编 制 窗 体 ,以 及 调 用 Matlab命 令 ,具体 操 作 步 骤 如 下 [ 5 ] :(1) 使 控 制 器 处 于 手 动 操 作 ,设 置 参 数 使 得 控 制 器 输 出单 位 阶 跃 变 化 ;(2) 由 组 态 王 6. 0采 集 阶 跃 响 应 数 据 ,并 实 时 传 送 给Matlab;(3) Matalb在 获 得 数 据 后 ,利 用 L sqcurvefit函 数 进 行 参数 估 计 ,并 拟 合 曲 线 输 出 ;(4) Matlab将 被 辨 识 的 参 数 过 程 传 递 给 组 态 王 6. 0,以便 显 示 。以 下 将 给 出 响 应 程 序 ,并 附 有 详 细 注 释 。(1) Matlab源 程 序 如 下 :① 编 制 函 数 文 件 fun (含 有 时 滞 一 阶 惯 性 过 程 的 阶 跃 响应 函 数 ) ,以 备 调 用 [ 7 ]。 Function y = onedt ( x0, tt) % tt为 时间 , X0为 曲 线 拟 合 的 估 计 值 , X0 ( 1) , X0 (2) , X0 ( 3)分 别 为Kp、 Tp、 tDd = ( tt - x0 (3) ) 3 ( tt > x0 (3) ) ;y = x0 (1) 3 (1 - exp ( - dd /x0 (2) ) ) ;② Matlab接 受 和 发 送 数 据 ,进 行 过 程 参 数 估 计 ,并 命 名该 文 件 为 p roc_iden. m clear; format short g;Channel = ddeinit (‘ view’ , ’ tagname’ ) ; %初 始 化 DDE通 信%向 过 程 发 送 命 令 ,使 MV发 生 单 位 阶 跃 变 化Rc1 = ddepoke ( channel, ’ PLC200. V116’ , x(0) ) ;% PLC200. V116为 MV的 项 目 名%MATLAB以 T = 3为 周 期 ,接 收 120个 PV数 据For i = 1: 120TicData ( i) = ddereq ( channel, PLC200. V20 ) ; %PLC200. V20为 PV的 项 目 名Pause (3 - toc) ;EndT = 0: 3: 357;T = t ( 1, [ 1: 2: 40, 40: 4: 120 ] ) ; h = data ( 2, [ 1: 2:40, 40: 4: 120 ] ) ;X0 = [ 2 20 20 ]; %曲 线 拟 合 时 的 初 始 值 ,也 可 用其 他 值X = lsqcurvefit(‘ onedt’ , x0, t, h) ; % 曲 线 拟 合Y = onedt( x, t) ;Err = sum ( ( h - y). ^2;X = [ x, err];Plot ( t, h,‘ r3 ’ , t, y,‘ k’ ) ; grid; axis ( [ 0 360 01. 2 ] ) ;Xlabel (‘ 时 间 t’ ) ; legend (‘ 阶 跃 响 应 的 采 样 值 ‘ ,‘ 拟 合 曲 线 ’ , 2) ;Set( gcf, ‘ Name’ ,‘ 过 程 参 数 辨 识 ’ ) ;%MATLAB向 组 态 王 6. 0发 送 数 据 。Rc21 = ddepoke ( channel, ‘ PLC200. V100’ , x(1) ) ;Rc22 = ddepoke ( channel, ‘ PLC200. V104 ’ ,x(2) ) ;Rc23 = ddepoke ( channel, ‘ PLC200. V108’ , x(3) ) ;Rc24 = ddepoke ( channel, ‘ PLC200. V112’ , x(4) ) ;Rc3 = ddeterm ( channel) ; %终 止 DDE通 信(2) 在 组 态 王 6. 0运 行 界 面 调 用 Matlab应 用 程 序 :startApp (“ C: \MATLAB6p5 \bin \win32 \matlab. exe” ) ;在 过 程 控 制 装 置 “ 手 动 ” 操 作 稳 态 运 行 ,且 组 态 王 6. 0处 于 “ view状 态 时 ,按 “ 打 开 Matlab” 键 启 动 Matlab应 用 程序 ,然 后 在 其 命 令 窗 口 中 输 入 文 件 名 “ p roce_iden” ,按 回 车 键即 可 完 成 对 过 程 参 数 的 辨 识 。 组 态 王 6. 0和 Matlab运 行 界面 分 别 如 图 3和 图 4所 示 。 图 3中 的 err为 过 程 输 出 拟 合 值与 实 际 抽 样 数 据 之 间 的 误 差 平 方 和 。图 3 组 态 王 6. 0运 行 界 面图 4 matlab运 行 界 面 简 图另 外 ,在 获 得 过 程 参 数 后 ,对 于 较 简 单 的 过 程 ,可 采 用P ID控 制 。 在 Matlab中 依 据 相 应 的 公 式 计 算 PLC控 制 器 的P ID参 数 ,随 后 即 可 对 被 控 对 象 实 施 P ID控 制 。 另 外 ,由 于该 实 时 监 控 系 统 可 实 现 组 态 王 6. 0实 时 数 据 采 集 和 Malab实 时 数 据 接 收 和 发 送 ,对 于 较 复 杂 的 过 程 ,如 大 时 间 滞 后 、 时变 、 非 线 性 过 程 ,则 可 以 实 现 过 程 的 在 线 辨 识 和 实 时 控 制 。4 结 束 语本 文 描 述 了 一 种 新 的 过 程 控 制 实 验 装 置 的 实 时 监 控 系统 。 在 该 监 控 系 统 中 ,利 用 DDE技 术 ,实 现 了 组 态 王 6. 0与Matlab的 通 信 ,充 分 发 挥 了 组 态 王 6. 0可 视 化 界 面 功 能 与Matlab强 大 的 数 值 分 析 和 图 形 绘 制 功 能 的 各 自 优 势 ,从 而 实(下 转 第 62页 )35 第 4期 樊 剑 峰 ,等 :基 于 DDE机 理 的 组 态 王 与 MATLAB通 信 技 术 及 应 用图 2 大 台 阶 输 出 和 大 小 台 阶 同 时 输 出 时 的 波 形3 用 “ 小 台 阶 ” 改 善 音 频 指 标 的 原 理由 于 “ 二 进 制 台 阶 ” 放 大 模 块 的 开 关 控 制 信 号 ,是 用 数字 音 频 代 码 的 低 6位 来 控 制 ,具 体 控 制 对 应 关 系 见 表 1。表 1 “ 二 进 制 台 阶 ” 放 大 模 块 控 制 对 应 关 系数 字 代 码 位 B7 B8 B9 B10 B11 B12二 进 制 模 块 1 /2 1 /4 1 /8 1 /16 1 /32 1 /64从 表 中 可 知 ,“ 二 进 制 台 阶 ” 放 大 模 块 是 由 数 字 音 频 代码 的 单 个 数 字 位 来 分 别 控 制 的 。 如 果 数 字 代 码 位 为 逻 辑 高电 平 ,则 对 应 的 “ 二 进 制 台 阶 ” 放 大 模 块 就 开 通 ;若 数 字 代 码位 为 逻 辑 低 电 平 ,则 相 应 的 “ 二 进 制 台 阶 ” 放 大 模 块 就 被 关断 。 由 于 数 字 音 频 代 码 是 由 连 续 变 化 的 音 频 信 号 转 换 得 来 ,其 二 进 制 代 码 的 数 值 就 不 可 能 出 现 跃 变 ,所 以 “ 二 进 制 台阶 ” 放 大 模 块 输 出 的 射 频 电 压 最 大 跃 变 量 为 1 /64的 “ 大 台阶 ” 射 频 输 出 电 压 。由 以 上 分 析 可 知 , 6个 “ 二 进 制 台 阶 ” 放 大 模 块 可 实 现 的射 频 电 压 等 级 为 : 26 - 1 = 64 - 1 = 63。 对 整 个 发 射 机 而 言 ,42个 “ 大 台 阶 ” 放 大 模 块 与 6个 “ 二 进 制 台 阶 ” 放 大 模 块 共 同参 与 工 作 ,总 共 可 实 现 的 射 频 电 压 等 级 为 : 63 × 42 + 63 + 42= 2 752 - 1 = 211. 43 - 1。 也 就 是 说 可 实 现 2 751个 射 频 电 压等 级 ,相 当 于 11. 43 bit量 化 。对 于 双 极 性 信 号 来 讲 ,如 果 其 量 化 比 特 数 每 增 加 1 bit,则 因 量 化 而 产 生 的 量 化 噪 声 功 率 ,将 降 低 为 增 加 之 前 的 四 分之 一 ,相 应 地 与 量 化 相 关 的 信 噪 比 指 标 也 就 提 高 了 6 dB。可 见 ,由 于 “ 二 进 制 台 阶 ” 的 介 入 ,使 得 发 射 机 射 频 输 出的 电 压 等 级 提 高 了 许 多 倍 ,相 应 地 量 化 噪 声 也 就 大 大 降 低 。这 样 一 来 ,对 于 数 字 调 幅 发 射 机 的 整 机 信 噪 比 、 失 真 度 指 标而 言 ,就 能 够 得 到 大 幅 度 的 提 高 。The B ig and Sma ll Step M odula tion in D ig ita l AMW u J ian2p ing(Shanxi Radio and TV A dm inistrative Center, Taiyuan Shanxi 030001, China)Abstract: In order to imp rove the quality of audio signal recoveried from AM wave and reduce the audio distortion, the big andsmall step modulation Method is mostly used in digital AM MW transm itter. The paper mainly introduces the composition of big andsmall step, the output wave of it and the p rincip les.Key words: big and small step; digital AM; RF amp lifier module(上 接 第 53页 )现 了 过 程 控 制 实 验 装 置 的 实 时 检 测 、 控 制 系 统 分 析 ,控 制 系统 设 计 等 功 能 。 结 果 表 明 ,该 实 时 监 控 系 统 运 行 可 靠 ,操 作方 便 ,而 且 使 得 实 时 监 控 功 能 强 大 、 软 件 设 计 更 加 灵 活 。参 考 文 献[ 1 ] 何 衍 庆 ,姜 捷 . 控 制 系 统 分 析 、 设 计 和 应 用 — — — Matlab语 言 的 应 用 [M ]. 北 京 :化 工 工 业 出 版 社 , 2002. 12.[ 2 ] 张 晓 东 ,姚 旺 生 . 基 于 Matlab和 组 态 软 件 的 数 据 交 换技 术 [ J ].微 计 算 机 信 息 , 2003, 19 (2) : 21 - 22.[ 3 ] 苏 金 明 ,黄 国 明 ,刘 波 . Matlab与 外 部 程 序 接 口 [M ]. 北京 :电 子 工 业 出 版 社 , 2004. 1.[ 4 ] 邵 新 华 ,金 原 郁 . 基 于 组 态 软 件 郁 VB的 实 时 监 控 系 统[ J ]. 控 制 工 程 , 2003, 10 (5) : 439 - 440.[ 5 ] 石 莹 ,洪 悦 ,钱 晓 龙 . Matlab与 组 态 软 件 的 数 据 交 换 技术 [ J ].仪 器 仪 表 学 报 , 2003, 24 (4) : 337 - 340.[ 6 ] 张 光 明 ,袁 占 亭 ,余 冬 梅 . Matlab与 工 控 组 态 软 件 RS2V iew32的 通 信 设 计 [ J ]. 自 动 化 仪 表 , 2005, 26 (3) : 36- 38.[ 7 ] 刘 志 俭 . Matlab应 用 程 序 接 口 用 户 指 南 [M ]. 北 京 :科学 出 版 社 , 2000.D esign and Use of Technology about K INGV IEW 6. 0 and M a tlab Ba sed on DD EFan J ian2feng, W ang Xin2yan(A nyang Iron Matlab; real2time control; DDE26 山 西 电 子 技 术 2010年 关 键 词： 基于 dde 机理 组态 matlab 通信 技术 应用

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